KR20090116880A - 경량 다공질 조습 타일 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 나노기공을 가진 천연재료로 이루어지고, 셀룰라 형태의 미세 구형 기공이 균일하게 형성되어 이중 기공구조를 갖도록 함으로써 흡방습 성능이 향상되도록 한 경량 다공질 조습 타일 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 경량 다공질 조습 타일은, 나노기공(122)을 포함하여 습기 조절이 가능한 조습 기지조직(120)에 가열 소성시에 제거되는 중공형(中空刑) 기공형성제와 대응되는 크기의 다수 구형기공(110)이 셀룰라 형태로 포함되어 이중 기공 구조를 갖는다. 그리고, 상기 기지조직(120)은, 40 내지 95 중량%의 규조토와 황토, 적점토, 카올린, 제올라이트, 일라이트, 질석, 장석, 도석, 납석 중 하나 이상으로 이루어진 잔부(殘部)를 포함하여 구성되며, 상기 구형기공(110)은, 10 내지 80%의 부피를 갖는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 본 발명에 따르면, 타일의 경량화가 가능하며 단위 무게당 조습 특성이 향상되는 이점이 있다.
다공질, 조습, 타일, 구형기공, 기공형성제

Description

경량 다공질 조습 타일 및 이의 제조방법{The Porous humidity-control Tile and method for manufacturing same}
도 1 은 본 발명에 의한 다공질 조습 타일의 내부 구성을 보인 개략도.
도 2 는 본 발명에 의한 다공질 조습 타일의 표면을 보인 저배율 확대 사진.
도 3 은 본 발명에 의한 다공질 조습 타일의 표면을 보인 고배율 확대 사진.
도 4 는 본 발명에 의한 다공질 조습 타일의 제조방법을 나타낸 제조 공정도.
도 5 는 본 발명에 의한 다공질 조습 타일을 제조시에 사용된 기공형성제인 중공형 미세구의 함량 변화 및 조습 타일의 두께 변화에 따른 단위면적당 흡습양 변화를 나타낸 그래프.
도 6 은 본 발명에 의한 다공질 조습 타일을 제조시에 사용된 기공형성제인 중공형 미세구의 함량 변화 및 조습 타일의 두께 변화에 따른 단위 무게당 흡습양 변화를 나타낸 그래프.
도 7 은 본 발명에 의한 다공질 조습 타일을 제조시에 기공형성제의 첨가여부 및 다공질 조습 타일의 두께 변화에 따른 밀도 변화를 나타낸 그래프.
도 8 은 본 발명에 의한 다공질 조습 타일을 제조시에 소결온도 변화에 다른 단위 무게당 흡방습양 변화를 나타낸 그래프.
도 9 는 본 발명에 의한 다공질 조습 타일을 제조시에 규조토 함량 변화에 따른 단위무게당 흡방습양 변화를 나타낸 그래프.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100. 다공질 조습 타일 110. 구형기공
120. 기지조직 122. 나노기공
S100. 혼합 및 분쇄단계 S200. 혼수단계
S300. 기공형성제혼합단계 S400. 진공단계
S500. 반제품성형단계 S600. 건조단계
S700. 소성단계
본 발명은 다공질 조습 타일 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노기공을 포함하여 습기조절이 가능한 천연재료에 셀룰라 형상의 미세 기공이 균일하게 형성되어 흡방습 성능이 향상되도록 한 다공질 조습 타일 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 들어 난방이나 냉방효율의 향상과 에너지의 효율적인 이용을 목적으로 하여 건물의 밀폐성이 증가함으로써 생활환경에서의 건강문제, 특히 습도 조절에 대한 관심이 증가하고 있다.
주거환경에서의 적당한 환경습도는 40~95% 범위로, 이것보다 습도가 높으면 곰팡이나 진드기의 왕성한 번식에 따라 이들의 배설물이나 유해한 미분말에 의해 천식이나 아토피성 피부염과 같은 알레르기 질환이 증가하게 되며, 반대로 습도가 낮으면 감기 등 바이러스의 증식, 정전기의 축적으로 인한 정밀기기의 오작동, 발화 및 미술품의 열화 등의 원인이 된다.
이와 같이 습도 문제로 인하여 생활환경이 곰팡이나 병원균에 의해 오염되는 것을 방지하고 청결을 유지하기 위해서는 조습 항균재료의 개발이 필수적이며 사회적으로도 중요한 의의를 갖는다.
일반적으로, 자율적으로 습기를 조절할 수 있는 조습 소재는 재료의 표면에 존재하는 모세관에 의해 환경 습도가 높아지면 수증기(기체)를 응축 액화하고, 환경 습도가 낮아지면 응축수를 증발하는 기능을 갖는 것으로, 건물 내부나 밀폐된 공간에서 외부 환경 변화에 대응하여 일정 범위의 습도를 유지시키게 되며, 이러한 기능을 갖기 위해서는 세공크기가 3~7nm 범위에 분포되어야 한다.
그리고, 건축용 조습 소재로서는 화학적으로 나노 기공을 가지는 소재를 합성하기도 하지만 가격이 비싸기 때문에 경제성 등을 고려하여 나노 기공을 활용한 천연재료를 주로 사용하고 있다. 천연재료를 이용하여 조습재료와 관련된 기존의 특허는 다음과 같다.
대한민국 특허청 특허등록 제 0495571호 (05.06.07)에서는 흡방습 건강타일 조성물 및 건강타일의 제조 방법이 게시되어 있다.
보다 상세하게는 황토, 점토, 플라이애쉬, 규조토, 파쇄유리 등을 함유하는 건강타일 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 천연황토 0~30 중량%, 천연점토 30~50 중량%, 플라이애쉬 30~50 중량%, 규조토 10~30 중량%, 파쇄유리 5~15 중량%를 포함하고 있는 타일의 흡습, 방습(조습)효과 및 탈취효과를 보고하였다.
또한 대한민국 특허청 특허등록 제 0651880호에서는 조습성을 갖는 무기계 조성물로서 실리카겔, 제올라이트, 규산칼슘에서 1종 선택 (100 중량부), 수지바인더 (10-45 중량부), 석회석 및 규산칼슘 (70-200 중량부), 물 (100-200 중량부) 등을 보고하였다.
이외에도 일본 특개평 8-144387 호에는 알로페인 또는 이모고라이토 함유 조성물과 수산화칼슘의 혼합물을 경화시킨 조습 건축 자재, 및 그 제조 방법이 게시되어 있다. 이외에도 제올라이트 및 규산칼슘을 이용한 조습 건축용 타일과 관련된 다수의 특허가 발표되었다.
그러나, 상기한 대부분의 조습 타일들은 재료 전체가 조습 타일로 이루어져 있고 최근 들어 건축타일의 경우 대형화 추세이기 때문에, 상당한 무게를 가지게 되어 운반 및 시공의 편의를 위하여 경량화가 필수적인 요소이다.
이러한 타일의 경량화는 재료내부에 기공을 도입함으로서 이룰 수 있으나, 기계적 특성(강도 등)의 열화를 초래할 수 있다. 일반적으로 경량화를 이루기 위한 방법은 기공형성제를 사용하여 다공성 조습 타일을 제조하는 것이다.
기공형성제는 일반적으로 화학적인 발포제를 사용하는 경우 기공의 크기도 조대하며 기계적 특성이 매우 취약하다. 한편, 다공질 소재를 제조하는 방법으로서, 기공형성제로 고분자 스펀지를 이용한 방법이 있다.
제조 과정을 간략히 설명하자면, 고분자스펀지를 원하는 세라믹 조성의 슬러 리에 담근 후 세라믹 슬러리가 코팅된 고분자 스펀지를 압축하여 여분의 슬러리를 제거하고, 건조 및 소결 공정을 거쳐 다공질 세라믹스를 형성하게 된다.
이때, 고분자 스펀지는 소결 공정 동안에 열분해에 의해 기화되어 제거되며, 상기 고분자 스펀지가 제거된 부위에는 기공이 남게 된다.
그러나, 이러한 고분자 스펀지를 이용한 다공질 세라믹스의 경우 기공의 크기가 200㎛ 이상으로 매우 조대하고, 기공과 기공 사이의 지주(strut)에도 기공이 형성되어 있으므로, 내구성 및 강도가 낮아지는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 셀룰라 형태의 미세 기공을 계층적 기공구조(2중 기공구조)로 형성하여 경량화되고, 단위무게당 흡방습 특성이 현저하게 향상되며, 단열효과가 극대화되도록 한 다공질 조습 타일을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 조습 타일의 미세 기공을 형성함에 있어서, 비중이 낮은 중공형(中空形) 고분자 미세구를 기공형성제로 사용하고, 기공형성제는 낮은 열에너지로 열처리하여 제거함으로써 환경오염을 최소화할 수 있도록 한 다공질 조습타일의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의한 다공질 조습 타일은, 4나노기공을 포함하여 습기 조절이 가능한 조습 기지조직에 가열 소성시에 제거되는 중공형(中空刑) 기공형성제와 대응되는 크기의 다수 구형기공이 셀룰라 형태로 포함되어 이중 기공 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 기지조직은, 40 내지 95 중량%의 규조토와 황토, 적점토, 카올린, 제올라이트, 일라이트, 질석, 장석, 도석, 납석 중 하나 이상으로 이루어진 잔부(殘部)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 구형기공은, 10 내지 80%의 부피를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 기공형성제는, 폴리메틸메스아크릴레이트(Polymethylmethacrylate), 폴리메틸메스아크릴레이트코에틸렌글릴콜다에메스아클릴레이트(Poly(methylmethacrylate-co-ethyleneglycol dimethacrylate), 폴리메틸메스아크릴레이트-에틸렌글리콜 코폴리머(Polymethylmethacrylate- ethyleneglycol coploymer) 중 어느 하나가 적용되는 것을 특징으로 한다.
상기 기공형성제는, 5 내지 200㎛의 내경을 갖도록 내부가 비어있는 중공구(中空球) 형상을 가진 것을 특징으로 한다.
상기 구형기공의 기공밀도는 107개/㎤ 이상인 것을 특징으로 한다.
700℃~900℃ 에서 0.5~6 시간 동안 가열된 것을 특징으로 한다.
단위 무게당 흡방습량은 20 내지 60 g/㎏이며, 단위 면적당 흡방습량은 150 내지 450 g/㎡인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 다공질 조습 타일의 제조방법은, 원료분말을 분쇄 및 혼합하는 혼합 및 분쇄단계와, 분쇄분말에 수분을 공급하는 혼수단계와, 수분을 함유한 슬러리에 중공형 미세구인 기공형성제를 혼합하는 기공형성제혼합단계와, 상기 기 공형성제가 혼합된 슬러리 내부의 공기를 제거하는 진공단계와, 공기가 제거된 슬러리를 성형하여 반제품을 형성하는 반제품성형단계와, 상기 반제품을 건조하여 수분을 제거하는 건조단계와, 건조된 반제품을 소성로에서 소성하는 소성단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 혼합 및 분쇄단계는, 40 내지 95 중량%의 규조토와 황토, 적점토, 카올린, 제올라이트, 일라이트, 질석, 장석, 도석, 납석 중 하나 이상으로 이루어진 잔부(殘部)를 혼합 및 분쇄하는 과정임을 특징으로 한다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 따르면, 타일의 경량화가 가능하며 흡방습 능력이 향상되는 이점이 있다.
이하 본 발명에 의한 다공질 조습 타일의 구성을 첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.
도 1에는 본 발명에 의한 다공질 조습 타일의 내부 구성을 보인 개략도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명에 의한 다공질 조습 타일의 표면을 보인 저배율 확대 사진이 도시되어 있으며, 도 3에는 본 발명에 의한 다공질 조습 타일의 표면을 보인 고배율 확대 사진이 도시되어 있다.
이들 도면과 같이, 본 발명에 의한 다공질 조습 타일(100)은 40 ~ 95 중량%의 규조토와, 황토, 적점토, 카올린, 제올라이트, 일라이트, 질석, 장석, 도석, 납석 중 하나 이상으로 이루어진 잔부(殘部)를 포함하여 구성된다.
그리고, 상기한 규조토와 잔부를 포함하는 원료분말은 2g/cm3 이상의 비중을 가진다.
여기서 규조토는 원료분말의 주요 원료로서 일부 결정질 실리카를 제외하면 비정질 실리카로 구성된다. 그리고, 규조토 자체의 복잡한 구조와 표면의 일차 및 2차 공극 때문에 매우 낮은 밀도를 가지므로, 매우 훌륭한 여과 보조재, 흡착제, 첨가제, 운반제, 그리고 연마제로 사용된다.
상기 다공질 조습 타일(100)은 나노기공(122)을 포함하는 기지조직(120)으로 이루어지며, 상기 기지조직(120) 내부에는 다수 미세 셀룰라형 구형기공(110)이 분포되어 이중 기공 구조로 형성된다.
상기 셀룰라형 구형기공(110)은 다공질 조습 타일(100)이 가열 소성 전인 슬러리 상태일 때 내부에 포함되어 있던 중공형(中空刑) 기공형성제(미도시)가 가열에 의해서 제거되면서 형성된 것으로, 기공형성제(미도시)와 대응되는 크기를 가지며 셀룰라 형태를 갖는다.
즉, 그리고, 상기 구형기공(110)은 반제품 상태일 때 내부에 포함되어 있던 기공형성제(미도시)가 탄화된 후 제거되면서 형성된 공간으로, 상기 기공형성제는 반제품 내부 전체에 고루 포함되어 있는 상태에서 제거됨으로써 상기 다공질 조습 타일(100) 내부에는 셀룰라 형태의 구형기공(110)이 계층적으로 형성된다.
보다 상세하게는 상기 기공형성제는 중공형 고분자로 이루어진 것으로, 폴리메틸메스아크릴레이트코에틸렌글릴콜다에메스아클릴레이트(Poly(methylmethacrylate-co-ethyleneglycol dimethacrylate), 폴리메틸메스아크릴레이트-에틸렌글리콜 코폴리머(Polymethylmethacrylate-ethyleneglycol coploymer) 중 하나 이상을 포함하 여 구성 가능하다.
본 발명의 실시예에서는 폴리메틸메스아크릴레이트(Polymethylmethacrylate)가 적용되었으며, 상기 폴리메틸메스아크릴레이트는 내부에 5 내지 200㎛의 직경을 가지는 공간이 형성된 중공구(中空球) 형상을 가진다.
즉, 상기 기공형성제 내부에 5㎛ 미만 공간이 형성되면 중공형 미세구의 함량이 높아져 비경제적이게 되며, 200㎛ 를 초과하는 공간이 형성되면 조습 타일의 강도가 현저히 낮아지게 되므로, 상기 기공형성제 내부에는 5 내지 200㎛의 직경을 가지는 공간이 형성됨이 바람직하다.
상기 기공형성제가 반제품 상태(슬러리)에서 제거되면 상기 다공질 조습 타일(100)은 구형기공(110)의 기공 밀도가 107개/㎤ 이상이 되어 다공질 조습 타일(100)의 전체 부피에 대하여 10% 내지 80% 부피를 차지하게 된다.
이러한 상기 셀룰라형 구형기공(110)의 부피비율에 따라 넓은 면적으로 외부의 습기를 나노기공(122)을 가진 기지조직(120)에 효율적으로 흡착하여 응축함으로써 상기 다공질 조습 타일(100)이 흡습 기능을 갖도록 한다.
그리고, 도 2 및 도 3에서 확인할 수 있듯이 본 발명의 실시예에 따른 다공질 조습 타일(100)에는 80㎛ 미만의 구형기공(110)이 형성되어 있음을 알 수 있다.
이하 본 발명에 의한 다공질 조습 타일의 제조방법을 도 4를 참조하여 살펴보면, 먼저, 원료분말을 혼합함으로써 혼합분말을 형성하는 혼합 및 분쇄 단계(S100)가 실시된다.
이때, 상기 원료분말은 규조토 및 황토, 적점토, 카올린, 제올라이트, 일라이트, 질석, 장석, 도석, 납석 중 하나 이상으로 이루어진 잔부를 포함하여 구성된다.
이후 상기 분쇄분말에 수분을 공급하는 혼수단계(S200)와, 수분을 함유한 슬러리에 중공형 미세구인 기공 형성제를 혼합하는 기공형성제혼합단계(S300), 상기 혼합된 슬러리(slurry)의 공기를 제거하는 진공단계(S400)와, 공기가 제거된 슬러리를 성형하여 반제품을 형성하는 반제품성형단계(S500)와, 상기 반제품을 건조하여 수분을 제거하는 건조단계(S600)와, 건조된 반제품을 소성로에서 소성하는 소성단계(S700)가 순차적으로 실시된다.
상기 혼합 및 분쇄 단계(S100)에서 원료분말은 습식으로 볼 밀링 (ball milling)을 통하여 실시 가능하다. 그리고 미분화된 분쇄분말은 혼수단계(S200)에서 슬러리화되며, 상기 혼수단계(S200) 이후에 실시되는 기공형성제혼합단계(S300)에서 기공형성제가 혼합된다.
이것은 상기 기공형성제가 혼합 및 분쇄단계(S100)에서 혼합될 경우 기공형성제의 파손을 방지하기 위함이다.
상기 건조단계(S600)는 수분조절을 위하여 필터 프레싱(filter pressing) 공정을 통하여 슬러리의 수분함량을 조절할 수 있다.
수분 조절이 완료된 슬러리는 진공토련성형기 내부에 장입되며, 상기 진공토련성형기는 혼련분쇄점토 내부의 공기를 제거하게 된다.
이와 동시에 상기 슬러리는 반제품성형단계(S500)를 거치게 된다.
즉, 상기 반제품성형단계(S500)는 내부의 공기가 제거된 혼련분쇄점토를 진공토련성형기의 노즐을 통해 외부로 연속 압출하는 과정으로, 압출된 혼련분쇄점토는 타일 스크랩 형태를 이루어 다공질 조습 타일의 반제품 상태가 된다.
이후 상기 반제품은 건조실에 장입되어 건조된다. 보다 상세하게는 상기 반제품은 내부에 소정의 수분을 함유하고 있게 되므로, 이러한 수분을 제거하기 위해 상기 반제품은 건조실 내부에서 100 내지 200℃의 온도에서 건조단계(S600)를 거치게 된다.
상기 건조단계(S600)에서는 반제품 내부의 수분을 제거할 수 있는 범위 내에서라면 상온의 실내에서 장기간 건조해도 무방하다.
마지막으로 상기 건조단계(S600)에서 수분이 제거된 반제품은 소성로 내부에서 소성되어 습기조절용 다공질 조습 타일(100)이 완성된다.
즉, 상기 반제품은 소성로 내부에서 700-900℃ 온도로 0.5~6 시간 가열되는 소성단계를 거쳐 다공질 조습 타일(100)로 성형된다.
이하에서는 상기와 같이 진행되는 다공성 타일의 제조방법을 구체적인 실시예를 들어 설명하기로 하며, 실시예에 따라 제조된 다공질 조습 타일의 조습 특성은 다음과 같은 방법으로 평가하였다.
항온 항습기를 이용하여 조습 특성을 대표하는 흡습양과 방습양을 측정하기 위한 예비조건은, 우선 110℃ 오븐에서 24시간 건조한 후, 25℃ 온도와 습도 50%에서 24시간 경과 시킨다.
이와 같이 준비된 타일은 25℃, 습도 90%에서 24시간 경과 시킨 후 무게를 특정하여 흡습양을 측정하였으며, 25℃, 습도 50%에서 24시간 경과 시킨 후 무게를 특정하여 방습양을 측정하였다.
평균 흡방습양은 이와 같이 측정된 시편을 이용하여 다음과 같이 측정하였다.
단위면적당 흡방습양 = [(흡습양+방습양)/2]/ 조습타일면적 (g/m2) 또는
단위무게당 흡방습양 = [(흡습양+방습양)/2]/조습타일무게 (g/kg)
[실시예1]
본 발명의 [실시예1]에서는 기공형성제인 중공형 미세구의 양과 시편의 두께 변화에 따른 조습 타일의 특성 변화에 대하여 고찰하였다.
원료분말은 아래 [표 1]과 같이 규조토와 점토분말을 1:1 중량비율로 혼합하였으며, 볼 밀링공정에 의한 분쇄혼합 공정 후 슬러리(slurry) 형태로 제조되었으며, 필터 프레싱(filter pressing) 공정을 통하여 슬러리의 수분함량을 조절하였다.
이때, 상기 규조토와 점토분말이 혼합된 원료분말에, 50 vol%의 기공형성제를 첨가하였다. 상기 기공형성제가 포함된 원료 슬러리는 진공토련성형기 내부에 장입되며, 상기 진공토련성형기는 혼련분쇄점토 내부의 공기를 제거하였다.
상기 진공단계의 실시와 함께 반제품성형단계도 동시에 진행된다. 상기 반제품성형단계에서 내부의 공기가 제거된 혼련분쇄점토를 진공토련성형기의 노즐을 통 해 외부로 연속 압출하여 타일 스크랩 형태의 반제품을 만들게 되었다.
이후 상기 반제품은 건조실 내부에서 건조단계를 거친 후 700~900℃에서 0.5~6 시간 동안 가열 소성하였다.
상기와 같은 [실시예1]에 따라 제조된 시편은 도 5에 나타난 바와 같이 두께가 증가함에 따라 단위면적당 흡방습양이 증가하는 경향을 보여 주고 있다.
또한 기공형성제인 중공형 미세구(expancel)의 양이 증가함에 따라 단위 면적당 수분의 흡방습양은 감소하는 것을 관찰할 수 있다.
그러나 이는 도 6의 조습 타일의 무게당 흡방습양을 비교해 보면 기공형성제인 중공형 미세구의 함량이 50vol%로 증가함에 따라 단위무게당 흡방습양도 증가하는 것을 관찰할 수 있다.
따라서 기공형성제인 중공형 미세구의 함량이 증가함에 따라 도 7과 같이 시편의 밀도가 1g/㎤ 이하로 낮아져서 경량성, 단열성 등이 증가되며, 단위무게당 조습 특성을 향상시키는 것을 알 수 있다.
[표 1]
조성 실시예 원료분말 (wt%) 중공형 미세구 두께 (cm) 밀도 (g/cm3)
규조토 점토 (vol%)
1 50 50 10 0.36 1.21
2 50 50 10 0.56 1.26
3 50 50 10 0.79 1.26
4 50 50 10 0.95 1.29
5 50 50 30 0.32 1.07
6 50 50 30 0.51 1.02
7 50 50 30 0.67 1.03
8 50 50 30 0.83 1.06
9 50 50 50 0.44 0.75
10 50 50 50 0.59 0.84
11 50 50 50 0.91 0.74
12 50 50 50 1.13 0.74
열처리 조건 : 800℃, 3hr, 공기 중
[실시예2]
[실시예2]에서는 소결온도 변화에 따른 기공 특성 및 조습 특성 변화를 관찰하기 위하여 소결 온도 700-1000℃로 변화시키면서 3시간 소성 열처리 실험을 실시한 후의 조습 특성을 고찰하였다.
원료 분말은 아래 [표 2]와 같이 적점토와 카올린 분말을 사용하였으며, 볼 밀링공정에 의한 분쇄 혼합 공정 후 제조된 슬러리 형태로 제조되었으며, 필터 프레싱(filter pressing) 공정을 통하여 원재료의 수분함량을 조절할 수 있다.
이때, 상기 원료분말에 50 vol%의 중공형 미세구가 첨가되었다. 기공 형성제가 포함된 원료 슬러리는 진공토련성형기 내부에 장입되며, 상기 진공토련성형기는 혼련분쇄점토 내부의 공기를 제거하게 된다.
상기 진공단계의 실시와 함께 반제품성형단계도 동시에 진행된다. 상기 반제품성형단계는 내부의 공기가 제거된 혼련분쇄점토를 진공토련성형기의 노즐을 통해 외부로 연속 압출하는 과정으로, 압출된 혼련분쇄점토는 타일 스크랩 형태를 이루어 다공질 타일의 반제품 상태가 된다. 이러한 수분을 제거하기 위해 상기 반제품은 건조실 내부에서 건조단계를 거쳤다.
도 8에 나타난 바와 같이 열처리 온도가 증가함에 따라 단위면적당 조습 특성이 감소하고 있음을 관찰할 수 있다.
특히 900℃ 보다 높은 온도에서 열처리시에는 고온으로 인하여 나노기공이 소멸됨으로서 조습기공의 기능이 상실됨을 관찰할 수 있다. 그러므로 조습타일에 적용하기 위해서는 900℃ 이하에서 열처리하는 공정은 필수적이다.
[표 2]
조성 실시예 원료분말 (wt%) 기공형성제 (vol%) 열처리조건 (온도, 시간, 분위기) 밀도 (g/cm3)
적점토 카올린
13 40 60 50 700, 3hr, 공기 0.78
14 40 60 50 800, 3hr, 공기 0.81
15 40 60 50 900, 3hr, 공기 0.84
16 40 60 50 1000, 3hr, 공기 0.87
[실시예3]
[실시예3]에서는 원료 분말의 하나인 규조토의 함량을 40-70%로 변화시킴에 따라 조습 특성을 평가하였다.
원료 분말은 볼 밀링공정에 의한 분쇄 혼합 공정 후 제조된 슬러리 형태로 제조되었으며, 필터 프레싱(filter pressing) 공정을 통하여 원재료의 수분함량을 조절하였다.
이때, 상기 원료분말은 아래 [표 3]과 같이 규조토와 점토 분말을 사용하였으며, 10 vol%의 중공형 미세구가 첨가되었다. 기공 형성제가 포함된 원료 슬러리는 진공토련성형기 내부에 장입되어 내부의 공기를 제거하였다.
그리고, 상기 반제품성형단계에서 진공토련성형기의 노즐을 통해 외부로 연속 압출하여 타일 스크랩 형태의 반제품을 만들었다.
이후 상기 반제품은 건조실에 장입하여 건조하였다.
보다 상세하게는 상기 반제품은 내부에 소정의 수분을 함유하고 있게 되므로, 이러한 수분을 제거하기 위해 상기 반제품은 건조실 내부에서 100 내지 200℃ 의 온도로 건조되었다.
상기 반제품은 소성로 내부에서 800℃ 온도로 3시간 가열하여 소성함으로써 다공질 조습 타일을 형성하였다.
도 9에 나타난 바와 같이 조습 특성을 나타내는 규조토의 함량이 증가함에 따라서 단위무게당 흡방습양이 증가하는 경향을 보여주고 있다.
[표 3]
조성 실시예 원료분말 (wt%) 중공형 미세구 (vol%) 열처리조건 (온도, 시간, 분위기)
규조토 황토
17 40 60 10 800, 3hr, 공기
18 50 50 10 800, 3hr, 공기
19 60 40 10 800, 3hr, 공기
20 70 30 10 800, 3hr, 공기
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
예를 들어 본 발명의 실시예에서는 40 내지 70%의 규조토를 적용하였으나, 규조토의 함량이 증가함에 따라 조습 특성이 향상됨에 따라 95%의 중량비로 포함 가능함은 물론이다.
본 발명에 의한 다공질 조습 타일에서는, 107개/㎤ 이상의 구형기공이 셀룰라형 기공구조로 형성되도록 하였다.
따라서, 다공질 조습 타일의 무게가 경량화되며, 흡습 성능이 향상되는 이점이 있다.
또한 본 발명에서는 구형기공을 형성하기 위한 소성시에 700℃ 내지 900℃ 의 온도범위에서 실시하였다.
따라서, 높은 열에너지로 열처리시에 발생될 수 있는 환경오염이 미연에 방지되며, 제조 원가가 절감되어 보다 저렴한 비용으로 경량의 다공질 조습 타일의 제조가 가능한 이점이 있다.
뿐만 아니라, 기존 조습 타일에 대비하여 40 내지 50%의 경량화가 가능하므로, 단위무게당 조습 특성이 향상되는 이점이 있다.

Claims (10)

  1. 나노기공을 포함하여 습기 조절이 가능한 조습 기지조직에 가열 소성시에 제거되는 중공형(中空刑) 기공형성제와 대응되는 크기의 다수 구형기공이 셀룰라 형태로 포함되어 이중 기공 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 다공질 조습 타일.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기지조직은,
    40 내지 95 중량%의 규조토와 황토, 적점토, 카올린, 제올라이트, 일라이트, 질석, 장석, 도석, 납석 중 하나 이상으로 이루어진 잔부(殘部)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 다공질 조습 타일.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 구형기공은, 10 내지 80%의 부피를 갖는 것을 특징으로 하는 다공질 조습 타일.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 기공형성제는,
    폴리메틸메스아크릴레이트(Polymethylmethacrylate), 폴리메틸메스아크릴레이트코에틸렌글릴콜다에메스아클릴레이트(Poly(methylmethacrylate-co-ethyleneglycol dimethacrylate), 폴리메틸메스아크릴레이트-에틸렌글리콜 코폴리머(Polymethylmethacrylate- ethyleneglycol coploymer) 중 어느 하나가 적용되는 것을 특징으로 하는 다공질 조습 타일.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 기공형성제는,
    5 내지 200㎛의 내경을 갖도록 내부가 비어있는 중공구(中空球) 형상을 가진 것을 특징으로 하는 다공질 조습 타일.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 구형기공의 기공밀도는 107개/㎤ 이상인 것을 특징으로 하는 다공질 조습 타일.
  7. 제 1 항에 있어서, 700℃~900℃ 에서 0.5~6 시간 동안 가열된 것을 특징으로 하는 다공질 조습 타일.
  8. 제 1 항에 있어서, 단위 무게당 흡방습량은 20 내지 60 g/㎏이며, 단위 면적당 흡방습량은 150 내지 450 g/㎡인 것을 특징으로 하는 다공질 조습 타일.
  9. 원료분말을 분쇄 및 혼합하는 혼합 및 분쇄단계와,
    분쇄분말에 수분을 공급하는 혼수단계와,
    수분을 함유한 슬러리에 중공형 미세구인 기공형성제를 혼합하는 기공형성제혼합단계와,
    상기 기공형성제가 혼합된 슬러리 내부의 공기를 제거하는 진공단계와,
    공기가 제거된 슬러리를 성형하여 반제품을 형성하는 반제품성형단계와,
    상기 반제품을 건조하여 수분을 제거하는 건조단계와,
    건조된 반제품을 소성로에서 소성하는 소성단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다공질 조습 타일의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 혼합 및 분쇄단계는,
    40 내지 95 중량%의 규조토와 황토, 적점토, 카올린, 제올라이트, 일라이트, 질석, 장석, 도석, 납석 중 하나 이상으로 이루어진 잔부(殘部)를 혼합 및 분쇄하는 과정임을 특징으로 하는 다공질 조습 타일의 제조방법.
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